某火車站預(yù)留地鐵節(jié)點改造工程設(shè)計

慈立坤

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，湖北武漢 430000)

某火車站預(yù)留地鐵節(jié)點改造工程設(shè)計

慈立坤

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，湖北武漢 430000)

蘇州地鐵4號線蘇州火車站，在原國鐵蘇州火車站改造時主體結(jié)構(gòu)已施工完畢，原地鐵4號線蘇州火車站按4輛編組進行設(shè)計，現(xiàn)4號線采取6輛編組的方案，因此該站要求進行改造滿足地鐵4號線的整體需求。文章重點研究了為加長有效站臺長度采取的結(jié)構(gòu)改造措施。通過計算和現(xiàn)場實測表明，車站改造工程安全、可靠，可為類似工程提供借鑒。

地鐵車站； 改造； 外擴

1 工程概況

1.1 車站概況

蘇州地鐵4號線蘇州火車站，位于國鐵蘇州站站房下，為國鐵與地鐵2號線、4號線換乘樞紐站，土建主體結(jié)構(gòu)與國鐵蘇州火車站同期施工完成。原地鐵4號線蘇州火車站按4輛編組進行設(shè)計，車站內(nèi)凈長123m，有效站臺長度74.04m，其中地下一層為國鐵蘇州火車站南北廣場的連通道和2號線火車站站廳層，地下二層為2號線站臺層和4號線站廳層，地下三層為4號線站臺層，剖面關(guān)系見圖1。現(xiàn)地鐵4號線采取6輛編組的方案，因此該站要求進行改造滿足地鐵4號線的整體需求[1]。

圖1 蘇州火車站剖面關(guān)系

1.2 地質(zhì)概況

據(jù)勘察結(jié)果，100m以內(nèi)土層為第四系全新世至上更新世沉積的疏松沉積物，以黏性土為主，間夾砂性土。土層分布從上到下依次為：①1淤泥層、①2填土層、③1黏土層、③2粉質(zhì)黏土層、④2粉質(zhì)黏土層、④3粉土夾粉質(zhì)黏土層、④5粉質(zhì)黏土層、⑤1黏土層、⑤2粉質(zhì)黏土層、⑥2粉土夾粉質(zhì)黏土層、⑥3a粉質(zhì)黏土層，均為不液化土層。抗震設(shè)防烈度為6度，地震加速度為0.05 g，特征周期為0.45s。屬抗震不利地段，Ⅲ類場地。

2 改造方案與要求

2.1 改造方案

改造方案設(shè)計見圖2～圖5。

圖2 設(shè)備區(qū)改造平面布置

圖3 設(shè)備區(qū)改造剖面

圖4 南端頭外擴平面布置

圖5 南端頭外擴剖面

車站改造目的為增加有效站臺長度，滿足編組增加對站臺長度的要求。改造工程主要包括兩部分內(nèi)容：(1)將部分設(shè)備區(qū)改造后并入公共區(qū)：D4-11至D4-14軸區(qū)域(原屬設(shè)備區(qū))原結(jié)構(gòu)梁柱拆除，其內(nèi)側(cè)新做鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)墻進行托換，增加側(cè)站臺寬度，使其滿足公共區(qū)側(cè)站臺寬度要求。(2)車站南端頭外擴：南端頭井位于國鐵站房下方，無地面加固施工條件，考慮采用凍結(jié)法加固后外擴施工。

2.2 改造要求

地鐵車站結(jié)構(gòu)自身安全性及耐久性要求：地下車站結(jié)構(gòu)使用壽命為100a，對變形控制非常嚴(yán)格。為確保改造工程安全，車站結(jié)構(gòu)沉降量及水平位移量均要求小于5mm，地鐵結(jié)構(gòu)既有構(gòu)件尺寸及配筋須滿足承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下的設(shè)計要求。

周邊建、構(gòu)筑物保護要求：改造地下車站上方為國鐵站房，必須嚴(yán)格控制改造施工，特別是凍結(jié)加固過程中對地面隆沉的影響。

3 車站改造計算分析

3.1 設(shè)備區(qū)改造計算結(jié)果及分析

通過對改造前后地鐵車站結(jié)構(gòu)受力進行模擬計算表明，結(jié)構(gòu)梁、板、柱內(nèi)力變化較小。通過對原有構(gòu)件截面尺寸及配筋進行驗算[2]，原有構(gòu)件能夠滿足使用工況設(shè)計要求，不需要進行額外加固處理。改造后分析結(jié)果見表1。

表1 設(shè)備區(qū)改造計算結(jié)果

3.2 南端頭外擴計算結(jié)果及分析

通過對南端頭外擴凍結(jié)施工過程中凍結(jié)加固工況進行有限元模擬計算，凍結(jié)施工引起的地表隆起、沉降值較小，在設(shè)計容許范圍以內(nèi)。計算結(jié)果見圖6。

圖6 南端頭外擴凍結(jié)施工地表隆沉云圖

4 車站改造施工

4.1 車站改造施工措施

設(shè)備區(qū)改造需要新做承重墻，并對原梁柱進行破除。為盡量減少車站改造對原結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)構(gòu)構(gòu)件破除采用無振動切割工藝，同時在改造過程中架設(shè)臨時支撐系統(tǒng)。施工前在舊結(jié)構(gòu)梁上布設(shè)直徑609mm鋼管并施加預(yù)應(yīng)力，布置位置同底板抗拔樁樁位，以免使底板受力不均勻，千斤頂壓力應(yīng)根據(jù)實測的梁變形調(diào)整。此措施旨在保證施工時既有梁柱不會發(fā)生破壞或過大變形，同時可使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生反向撓度，以使新做結(jié)構(gòu)墻在充分受力前不會產(chǎn)生過大變形。施工前應(yīng)在改造區(qū)域布設(shè)腳手架(φ48，t=3mm普通鋼管)，橫斷面滿堂布設(shè)，縱向可按榀框架布設(shè)，間距按施工需要調(diào)整。搭設(shè)時腳手架上下兩端盡量頂實，此措施旨在加強框架結(jié)構(gòu)的整體性。

南端頭外擴需在盾構(gòu)施工前從車站端墻向外打設(shè)水平凍結(jié)管，盾構(gòu)施工后從靠近車站的尾環(huán)向外打設(shè)徑向凍結(jié)管進行凍結(jié)施工。凍結(jié)加固區(qū)邊緣打設(shè)泄壓管，減小凍結(jié)施工過程中孔隙水壓力提高引起的地面隆起。待凍結(jié)體達到設(shè)計強度后按礦山法分步施工外擴段結(jié)構(gòu)。凍結(jié)施工工序如圖7。

4.2 車站改造實施情況

目前車站設(shè)備區(qū)改造已基本完成，改造區(qū)各監(jiān)測點變形位移均小于2mm，均在設(shè)計容許范圍內(nèi)。現(xiàn)場部分監(jiān)測數(shù)據(jù)見圖8。

5 結(jié)束語

針對預(yù)留地鐵車站節(jié)點由于車輛編組增加引起的有限站臺長度不足的問題，本文研究了通過設(shè)備區(qū)改造及車站外

(a)設(shè)水平凍結(jié)管和泄壓管 (b)設(shè)徑向凍結(jié)管

(c)礦山法施工外擴段 (d)外擴段施工完畢 圖7 凍結(jié)施工主要工序

圖8 設(shè)備區(qū)改造監(jiān)測數(shù)據(jù)

擴增加有效站臺長度的方案，通過計算模擬了車站改造施工過程中既有結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力改變情況，以及改造施工引起的結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形和周邊地面隆沉情況。計算結(jié)果及施工監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，改造后結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸及配筋滿足設(shè)計要求，改造引起的變形及地面隆沉均在設(shè)計容許范圍內(nèi)。

改造過程中通過布設(shè)臨時支撐、分步施工等措施，保證了車站結(jié)構(gòu)的受力及環(huán)境保護要求。

現(xiàn)場施工情況表明，站內(nèi)局部改造和凍結(jié)外擴相結(jié)合的改造方案是相當(dāng)成功的，可以為類似工程提供參考。

[1] 中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司.蘇州市軌道交通4號線及支線工程蘇州火車站施工圖設(shè)計文件[R].2013

[2] 高興.地鐵既有車站改建中的幾個問題[J].鐵道工程學(xué)報，2006,(5)[3] 姜忻良.天津地鐵既有線路車站改造研究[J].巖土力學(xué)，2002,23(4)

[4] 喬京生，地鐵隧道水平凍結(jié)施工地表變形特性的模擬研究[J]. 巖土力學(xué)與工程學(xué)報，2004，23(15)

慈立坤(1984～)，男，工程碩士，工程師，主要從事巖土、地下結(jié)構(gòu)工程設(shè)計。

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[定稿日期]2015-01-29